JPH05110038A - Non-volatile semiconductor memory - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory

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JPH05110038A
JPH05110038A JP3264910A JP26491091A JPH05110038A JP H05110038 A JPH05110038 A JP H05110038A JP 3264910 A JP3264910 A JP 3264910A JP 26491091 A JP26491091 A JP 26491091A JP H05110038 A JPH05110038 A JP H05110038A
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gate
source
diffusion layer
cell
memory cell
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JP3264910A
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Riichiro Shirata
理一郎 白田
Ryohei Kirisawa
亮平 桐澤
Ryozo Nakayama
良三 中山
Seiichi Aritome
誠一 有留
Tetsuo Endo
哲郎 遠藤
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Original Assignee
Toshiba Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/10Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the top-view layout
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide the NAND cell EEPROM capable of high integration by shortening the selective gate length. CONSTITUTION:Source drain diffused layers in NAND cells and common source diffused layers connecting to adjacent NAND cells are composed of n type diffused layers 9 simultaneously formed by the ion implanting step in low dosage not exceeding 1X10<15>/cm<2> thereby enabling the gate length of source side selective gate to be shortened.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、浮遊ゲートと制御ゲー
トが積層された構造を有する電気的書替え可能なメモリ
セルを用いたNANDセル型の不揮発性半導体記憶装置
(EEPROM)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a NAND cell type non-volatile semiconductor memory device (EEPROM) using an electrically rewritable memory cell having a structure in which a floating gate and a control gate are laminated.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、EEPROMの中で高集積化
可能なものとして、メモリセルを複数個直列接続したN
ANDセル型のEEPROMが知られている。一つのメ
モリセルは、半導体基板上に絶縁膜を介して浮遊ゲート
と制御ゲートが積層されたFETMOS構造を有し、複
数個のメモリセルが隣接するもの同士でソース,ドレイ
ンを共用する形で直列接続されてNANDセルを構成す
る。この様なNANDセルがマトリクス配列されてメモ
リセルアレイが構成される。セルアレイの列方向に並ぶ
NANDセルの一端側のドレインは、それぞれ選択ゲー
トを介してビット線に共通接続され、他端側ソースはや
はり選択ゲートを介してソース線となる共通ソース拡散
層に接続されている。メモリセルの制御ゲートおよび選
択ゲートのゲート電極は、メモリセルアレイの行方向に
それぞれ制御ゲート線(ワード線)、選択ゲート線とし
て共通接続される。このNANDセル型EEPROMの
動作は次の通りである。
2. Description of the Related Art Conventionally, an EEPROM having a plurality of memory cells connected in series has been proposed as an EEPROM which can be highly integrated.
An AND cell type EEPROM is known. One memory cell has a FETMOS structure in which a floating gate and a control gate are laminated on a semiconductor substrate via an insulating film, and a plurality of memory cells adjacent to each other are connected in series to share a source and a drain. Connected to form a NAND cell. Such NAND cells are arranged in a matrix to form a memory cell array. The drains on one end side of the NAND cells arranged in the column direction of the cell array are commonly connected to the bit line via the select gates, and the sources on the other end side are also connected to the common source diffusion layer to be the source lines via the select gates. ing. The gate electrodes of the control gates and select gates of the memory cells are commonly connected as control gate lines (word lines) and select gate lines in the row direction of the memory cell array. The operation of this NAND cell type EEPROM is as follows.

【0003】データ書き込みは、ビット線から遠い方の
メモリセルから順に行われる。nチャネルの場合を説明
すれば、選択されたメモリセルの制御ゲートには高電位
Vpp(例えば20V)が印加され、これよりビット線側
にある非選択のメモリセルの制御ゲートおよび選択ゲー
トには中間電位VM (例えば10V)が印加される。ビ
ット線には、データに応じて0V(例えば“1”)、ま
たは中間電位VM (例えば“0”)が印加される。この
ときビット線の電位は、選択ゲートおよび非選択メモリ
セルを通して選択メモリセルのドレインまで伝達され
る。
Data writing is performed sequentially from the memory cell farther from the bit line. To explain the case of the n-channel, a high potential Vpp (for example, 20V) is applied to the control gate of the selected memory cell, and the control gate and the select gate of the non-selected memory cell on the bit line side from this are applied. An intermediate potential VM (for example, 10V) is applied. 0 V (for example, "1") or an intermediate potential VM (for example, "0") is applied to the bit line depending on the data. At this time, the potential of the bit line is transmitted to the drain of the selected memory cell through the selection gate and the non-selected memory cell.

【0004】書込むべきデータがあるとき(“1”デー
タのとき)は、選択メモリセルのゲート・ドレイン間に
高電界がかかり、基板から浮遊ゲートに電子がトンネル
注入される。これにより、選択メモリセルのしきい値は
正方向に移動する。書き込むべきデータがないとき
(“0”データのとき)は、しきい値変化はない。
When there is data to be written (“1” data), a high electric field is applied between the gate and drain of the selected memory cell, and electrons are tunnel-injected from the substrate to the floating gate. As a result, the threshold value of the selected memory cell moves in the positive direction. When there is no data to be written (“0” data), there is no threshold change.

【0005】データ消去は、p型基板(ウェル構造の場
合はn型基板およびこれに形成されたp型ウェル)に高
電位が印加され、選択されたメモリセルの制御ゲートお
よび選択ゲートが0Vとされ、非選択メモリセルの制御
ゲートには高電位が印加される。これにより、選択され
たメモリセルにおいて浮遊ゲートの電子が基板に放出さ
れ、しきい値が負方向に移動する。
To erase data, a high potential is applied to a p-type substrate (n-type substrate and a p-type well formed therein in the case of a well structure), and the control gate and select gate of the selected memory cell are set to 0V. Then, a high potential is applied to the control gates of the non-selected memory cells. As a result, in the selected memory cell, electrons in the floating gate are emitted to the substrate, and the threshold value moves in the negative direction.

【0006】データ読み出しは、選択ゲートおよび選択
メモリセルよりビット線側の非選択メモリセルがオンと
され、選択メモリセルのゲートに0Vが与えられる。こ
の時ビット線に流れる電流を読むことにより、“0”,
“1”の判別がなされる。
For data reading, a non-selected memory cell on the bit line side of the selected gate and the selected memory cell is turned on, and 0V is applied to the gate of the selected memory cell. At this time, by reading the current flowing through the bit line, "0",
The determination of "1" is made.

【0007】この様な従来のNANDセル型EEPRO
Mでは、データ書込みモードにおいて、書込みを行わな
いビット線には中間電位VM が印加される。このため非
選択のNANDセルでのデータ破壊を防止するために、
各NANDセルとビット線との間に選択ゲートを設ける
ことが不可欠となっている。もし、この選択ゲートがな
いと、制御ゲートがすべて0Vとなる非選択NANDセ
ルのビット線側のメモリセルは、ビット線の中間電位が
ドレインに与えられて、消去モードになるからである。
またNANDセルのソース側にも、電流が流れるのを防
止するために選択ゲートが設けられる。
Such a conventional NAND cell type EEPRO
In M, in the data write mode, the intermediate potential VM is applied to the bit line which is not written. Therefore, in order to prevent data destruction in non-selected NAND cells,
It is essential to provide a select gate between each NAND cell and the bit line. This is because without this selection gate, the memory cell on the bit line side of the non-selected NAND cell in which all the control gates are 0 V is given the intermediate potential of the bit line to the drain and enters the erase mode.
A select gate is also provided on the source side of the NAND cell in order to prevent current from flowing.

【0008】またNANDセルの各ゲート部より挟まれ
た領域のソース,ドレイン拡散層は、濃度を下げてゲー
ト長方向の不純物のしみ出しをできるだけ抑制する。こ
れにより、各メモリセルのゲート長を短くして高集積化
することが行われている。
Further, the source and drain diffusion layers in the region sandwiched by the respective gate portions of the NAND cell have a reduced concentration to suppress the exudation of impurities in the gate length direction as much as possible. As a result, the gate length of each memory cell is shortened to achieve high integration.

【0009】しかし、各メモリセルのソース,ドレイン
拡散層は低濃度にしても、セル電流を確保するためには
NANDセルの一端側にある共通ソース拡散層は十分高
濃度として抵抗を小さくすることが必要であった。この
様に共通ソース拡散層を高濃度にすると、その拡散層の
不純物しみ出しを考慮しなければならないために、ソー
ス側選択ゲートのゲート長を短くすることができない。
これは、EEPROMの高集積化の妨げとなる。
However, even if the source and drain diffusion layers of each memory cell have a low concentration, the common source diffusion layer at one end of the NAND cell should have a sufficiently high concentration to reduce the resistance in order to secure the cell current. Was needed. When the common source diffusion layer is made to have a high concentration in this way, the gate length of the source side select gate cannot be shortened because the impurity leakage of the diffusion layer must be taken into consideration.
This hinders the high integration of the EEPROM.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のN
ANDセル型EEPROMでは、セル間のソース,ドレ
イン拡散層濃度より共通ソース拡散層濃度を高くしてい
るため、NANDセルのソース側選択ゲートのゲート長
の短縮が妨げられ、これによりEEPROMの高集積化
が阻害されているという問題があった。本発明はこの様
な事情を考慮してなされたもので、高集積化を図ったN
ANDセル型EEPROMを提供することを目的とす
る。
As described above, the conventional N
In the AND cell type EEPROM, the concentration of the common source diffusion layer is higher than the concentration of the source and drain diffusion layers between the cells, so that the gate length of the source side select gate of the NAND cell is prevented from being shortened, which results in high integration of the EEPROM. There was a problem that it was hindered. The present invention has been made in consideration of such circumstances, and it is possible to realize high integration of N.
It is an object to provide an AND cell type EEPROM.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係るNANDセ
ル型EEPROMは、第1に、NANDセル内のソー
ス,ドレイン拡散層とソース線となる共通ソース拡散層
とが同一イオン種による同じドーズ量1×1015/cm2
以下のイオン注入層により構成されていることを特徴と
する。
In the NAND cell type EEPROM according to the present invention, firstly, the source / drain diffusion layers in the NAND cell and the common source diffusion layer serving as the source line have the same dose amount by the same ion species. 1 x 10 15 / cm 2
It is characterized in that it is composed of the following ion-implanted layers.

【0012】本発明に係るNANDセル型EEPROM
は、第2に、共通ソース拡散層が、NANDセル内のソ
ース,ドレイン拡散層と同時に形成された第1の拡散層
と、この第1の拡散層にソース側の選択ゲート端から所
定距離離れた状態で重ねて形成された高濃度の第2の拡
散層とから構成されていることを特徴とする。
NAND cell type EEPROM according to the present invention
Secondly, the common source diffusion layer is a first diffusion layer formed at the same time as the source and drain diffusion layers in the NAND cell, and the first diffusion layer is separated from the source side select gate end by a predetermined distance. And a high-concentration second diffusion layer formed in a stacked state.

【0013】[0013]

【作用】第1の発明によれば、共通ソース拡散層をNA
NDセル内のソース,ドレイン拡散層と共に低ドーズ量
のイオン注入層とすることにより、NANDセルのソー
ス側選択ゲート下への不純物のしみ出しが小さくなり、
したがってその選択ゲート長を十分短くすることができ
る。一つのNANDセル内のメモリセル数が多くなる
と、このNANDセルのチャネル抵抗はそれだけ大きく
なるから、この様に共通ソース拡散層の濃度を低くして
も、特性上の悪影響は小さい。したがって特性を損なう
ことなく、高集積化が図られる。
According to the first aspect of the present invention, the common source diffusion layer is NA
By using a low-dose ion implantation layer together with the source and drain diffusion layers in the ND cell, the exudation of impurities under the source side select gate of the NAND cell is reduced,
Therefore, the select gate length can be shortened sufficiently. As the number of memory cells in one NAND cell increases, the channel resistance of this NAND cell increases accordingly. Therefore, even if the concentration of the common source diffusion layer is lowered in this manner, the adverse effect on the characteristics is small. Therefore, high integration can be achieved without impairing the characteristics.

【0014】第2の発明によれば、共通ソース拡散層を
二重の拡散層として、共通ソース拡散層の抵抗を十分小
さく保つことができる。しかも共通ソース拡散層内の高
濃度拡散層は、選択ゲート端から離れた状態で形成する
ことによって、高濃度拡散層不純物の選択ゲート下への
しみ出しの影響は防止される。
According to the second invention, the common source diffusion layer is a double diffusion layer, and the resistance of the common source diffusion layer can be kept sufficiently small. Moreover, by forming the high-concentration diffusion layer in the common source diffusion layer away from the end of the select gate, the influence of the high-concentration diffusion layer impurities exuding below the select gate is prevented.

【0015】[0015]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】図1は本発明の一実施例に係るEEPRO
MのNANDセルを示す平面図であり、図2(a) (b) は
そのA−A′,B−B′断面図である。また図3はNA
NDセルの等価回路である。
FIG. 1 shows an EEPRO according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an M NAND cell, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are sectional views taken along the lines AA ′ and BB ′. Moreover, FIG. 3 shows NA
It is an equivalent circuit of an ND cell.

【0017】この実施例では、4個のメモリセルM1 〜
M4 がそれらのソース,ドレイン拡散層を隣接するもの
同士で共用する形で直列接続されてNANDセルを構成
している。この様なNANDセルがマトリクス配列され
てセルアレイが構成される。NANDセルの一端のドレ
インは第1の選択ゲートS1 を介してビット線BLに接
続され、他端のソースは、第2の選択ゲートS2 を介し
て共通ソース線(共通ソース拡散層)に接続されてい
る。各メモリセルの制御ゲートCG1 〜CG4 は、ビッ
ト線BLと交差する方向に配設されてワード線WLとな
る。
In this embodiment, four memory cells M1 ...
M4 is connected in series in such a manner that the source and drain diffusion layers are shared by adjacent ones to form a NAND cell. Such NAND cells are arranged in a matrix to form a cell array. The drain at one end of the NAND cell is connected to the bit line BL via the first selection gate S1, and the source at the other end is connected to the common source line (common source diffusion layer) via the second selection gate S2. ing. The control gates CG1 to CG4 of each memory cell are arranged in a direction intersecting the bit line BL to form a word line WL.

【0018】この実施例では、4個のメモリセルで一つ
のNANDセルを構成しているが、一般に2のn乗個
(n=1,2,…)のメモリセルで一つのNANDセル
を構成することができる。
In this embodiment, four memory cells constitute one NAND cell, but in general, 2 n (n = 1, 2, ...) Memory cells constitute one NAND cell. can do.

【0019】具体的なメモリセル構造は、図2に示す通
りである。n型シリコン基板1にp型ウェル1′が形成
され、このp型ウェル1′にメモリセルが配列形成され
ている。周辺回路は、メモリセルとは別のp型ウェルに
形成されることになる。p型ウェル1′の素子分離絶縁
膜2で囲まれた領域に4個のメモリセルと2個の選択ゲ
ートが形成されている。
The specific memory cell structure is as shown in FIG. A p-type well 1'is formed on the n-type silicon substrate 1, and memory cells are arrayed in the p-type well 1 '. The peripheral circuit will be formed in a p-type well different from the memory cell. Four memory cells and two select gates are formed in a region surrounded by the element isolation insulating film 2 of the p-type well 1 '.

【0020】各メモリセルは、p型ウェル1′上に5〜
20nmの熱酸化膜からなる第1ゲート絶縁膜31 を介し
て形成された50〜400nmの第1層多結晶シリコンに
より浮遊ゲート4(41 〜44 )が形成され、この上に
15〜40nmの熱酸化膜からなる第2ゲート絶縁膜5を
介して形成された100〜400nmの第2層多結晶シリ
コンにより制御ゲート6(61 〜64 )が形成されてい
る。各メモリセルのソース,ドレイン拡散層となるn型
層9は、隣接するもの同士で共用する形で、4個のメモ
リセルが直列接続されている。
Each memory cell has 5 to 5 on the p-type well 1 '.
The floating gates 4 (41 to 44) are formed by the first layer polycrystalline silicon of 50 to 400 nm formed through the first gate insulating film 31 made of a thermal oxide film of 20 nm, and the heat of 15 to 40 nm is formed thereon. The control gates 6 (61 to 64) are formed by the second layer polycrystalline silicon having a thickness of 100 to 400 nm formed through the second gate insulating film 5 made of an oxide film. The n-type layer 9 serving as the source / drain diffusion layer of each memory cell is shared by adjacent ones, and four memory cells are connected in series.

【0021】NANDセルの両端部には、p型ウェル
1′上に5〜40nmの熱酸化膜からなるゲート絶縁膜3
2 を介して第1層多結晶シリコンにより形成されたゲー
ト電極45 ,46 をもつ選択ゲートが形成されている。
ここでゲート絶縁膜32 は第1のゲート絶縁膜31 と同
じでもよい。ゲート電極45 ,46 には第2多結晶シリ
コンによる配線65 ,66 が重ねて配設されている。こ
れらゲート電極45 ,46 と配線65 ,66 は、所定間
隔毎にスルーホールで接続されて、低抵抗化される。
At both ends of the NAND cell, a gate insulating film 3 made of a thermal oxide film of 5 to 40 nm is formed on the p-type well 1 '.
A select gate having gate electrodes 45 and 46 formed of the first-layer polycrystalline silicon is formed via the gate electrode 2.
Here, the gate insulating film 32 may be the same as the first gate insulating film 31. Wirings 65 and 66 made of the second polycrystalline silicon are arranged on the gate electrodes 45 and 46 so as to overlap each other. The gate electrodes 45 and 46 and the wirings 65 and 66 are connected by through holes at predetermined intervals to reduce the resistance.

【0022】各メモリセルの浮遊ゲート41 〜44 と制
御ゲート61 〜64 、および選択ゲートのゲート電極4
5 ,46 と配線65 ,66 は、チャネル長方向について
は同一エッチングマスクを用いてパターニングして揃え
られている。NANDセル内のソース,ドレイン拡散層
および隣接NANDセルと繋がる共通ソース拡散層とな
るn型層9はすべて、これらの電極をマスクとして、砒
素またはリンのイオン注入により形成されている。その
ドーズ量は、1×1015/cm2 以下に設定される。素子
形成された基板上は、CVD絶縁膜7により覆われ、こ
の上にAl膜によりビット線8が配設される。
The floating gates 41 to 44 and control gates 61 to 64 of each memory cell, and the gate electrode 4 of the select gate.
5 and 46 and wirings 65 and 66 are patterned and aligned in the channel length direction using the same etching mask. The n-type layer 9 serving as a common source diffusion layer connected to the source and drain diffusion layers in the NAND cell and the adjacent NAND cell is formed by ion implantation of arsenic or phosphorus using these electrodes as a mask. The dose is 1 × 10 15 / cm 2 It is set as follows. The substrate on which the elements are formed is covered with the CVD insulating film 7, and the bit line 8 is provided thereon by the Al film.

【0023】この様な構成において、各メモリセルの浮
遊ゲート4と基板間の結合容量C1は、浮遊ゲート4と
制御ゲート6間の結合容量C2 に比べて小さく設定され
ている。この関係は、図2(a) に示されるように、浮遊
ゲート4を素子領域上から素子分離領域上に延在させる
ことにより得られている。
In such a structure, the coupling capacitance C1 between the floating gate 4 and the substrate of each memory cell is set smaller than the coupling capacitance C2 between the floating gate 4 and the control gate 6. This relationship is obtained by extending the floating gate 4 from above the element region to above the element isolation region, as shown in FIG.

【0024】具体的なパラメータを挙げて説明すれば、
パターン寸法は1μmルールに従って、浮遊ゲート4お
よび制御ゲート6共に幅が1μm 、チャネル幅が1μm
であり、浮遊ゲート4は素子分離絶縁膜上に両側1μm
ずつ延在させている。また、第1ゲート絶縁膜31 は例
えば、10nmの熱酸化膜であり、第2ゲート絶縁膜5は
28nmの熱酸化膜である。熱酸化膜の誘電率をεとする
と、 C1 =ε/0.02 であり、 C2 =3ε/0.035 である。従って、C1 <C2 となっている。図4は、二
つのビット線BL1 ,BL2 につながる隣接する二つの
NANDセル部を示しており、これを用いてEEPRO
M動作を説明する。
Explaining with concrete parameters,
According to the rule of 1 μm pattern, the floating gate 4 and the control gate 6 have a width of 1 μm and a channel width of 1 μm.
The floating gate 4 is 1 μm on both sides on the element isolation insulating film.
We are extending each. The first gate insulating film 31 is, for example, a 10 nm thermal oxide film, and the second gate insulating film 5 is a 28 nm thermal oxide film. When the dielectric constant of the thermal oxide film is ε, C1 = ε / 0.02 and C2 = 3ε / 0.035. Therefore, C1 <C2. FIG. 4 shows two adjacent NAND cell parts connected to two bit lines BL1 and BL2.
The M operation will be described.

【0025】先ずデータ消去は、NANDセルを構成す
るメモリセルについて一括消去がなされる。そのためこ
の実施例では、第1,第2の選択ゲートS1 ,S2 のゲ
ート電極SG1 ,SG2 およびNANDセル内のすべて
のメモリセルの制御ゲートCG1 〜CG4 が0Vとさ
れ、n型基板1とp型ウェル1′に昇圧された高電位V
pp′(例えば18V)が与えられる。ビット線BL1 ,
BL2 にも高電位Vpp′が与えられる。
First, in the data erasing, the memory cells constituting the NAND cell are collectively erased. Therefore, in this embodiment, the gate electrodes SG1 and SG2 of the first and second select gates S1 and S2 and the control gates CG1 to CG4 of all memory cells in the NAND cell are set to 0V, and the n-type substrate 1 and the p-type High potential V boosted to well 1 '
pp '(eg 18V) is applied. Bit line BL1,
High potential Vpp 'is also applied to BL2.

【0026】これにより、すべてのメモリセルの制御ゲ
ートとp型ウェル1′間に電界が係り、浮遊ゲート4か
らp型ウェル1′にトンネル電流により電子が放出され
る。すべてのメモリセル(図4の場合M1 〜M8 )はこ
れによりしきい値が負方向に移動して、“0”状態にな
る。
As a result, an electric field is applied between the control gates of all the memory cells and the p-type well 1 ', and electrons are emitted from the floating gate 4 to the p-type well 1'by a tunnel current. As a result, the threshold values of all the memory cells (M1 to M8 in the case of FIG. 4) are moved in the negative direction, and the "0" state is set.

【0027】次に、データ書き込みは、NANDセル内
のソース線側のメモリセル即ちビット線から遠いほうの
メモリセルから順に行われる。いま、メモリセルM4
(図4の破線で囲んだセルA)に選択的に“1”データ
書き込みを行う場合を説明すれば、ソース側の第2の選
択ゲートS2 のゲート電極SG2 が0Vとされ、制御ゲ
ートCG4 に高電位Vpp(例えば16〜18V)が印加
され、残りの制御ゲートCG1 〜CG3 とドレイン側の
第1の選択ゲートS1 のゲート電極SG1 には電源電位
Vccと高電位Vppの間の中間電位VM (例えば、(1/
2)Vpp)が印加される。また、選択ビット線BL1 に
は“L”レベル電位として0Vが与えられ、非選択ビッ
ト線BL2 には中間電位VM が与えられる。p型ウェル
は0V、n型基板はVccとする。
Next, data writing is sequentially performed from the memory cell on the source line side in the NAND cell, that is, the memory cell farther from the bit line. Now, memory cell M4
A case of selectively writing "1" data in (cell A surrounded by a broken line in FIG. 4) will be described. The gate electrode SG2 of the second select gate S2 on the source side is set to 0V, and the control gate CG4 is set. A high potential Vpp (for example, 16 to 18 V) is applied, and the remaining control gates CG1 to CG3 and the gate electrode SG1 of the drain side first select gate S1 are at an intermediate potential VM (between the power supply potential Vcc and the high potential Vpp). For example, (1 /
2) Vpp) is applied. Further, the selected bit line BL1 is supplied with 0V as the "L" level potential, and the non-selected bit line BL2 is supplied with the intermediate potential VM. The p-type well is set to 0V and the n-type substrate is set to Vcc.

【0028】これにより、選択されたセルAにおいて
は、ビット線BL1 の0Vがドレインまで伝達されて制
御ゲートとの間に高電界がかかり、浮遊ゲートに電子が
注入される。この結果、セルAではしきい値が正方向に
移動して、“1”書込みがなされる。
As a result, in the selected cell A, 0 V of the bit line BL1 is transmitted to the drain, a high electric field is applied between the cell and the control gate, and electrons are injected into the floating gate. As a result, in the cell A, the threshold value moves in the positive direction and "1" is written.

【0029】ビット線BL1 に繋がる他のメモリセルM
1 〜M3では書込みモードになるが、その電界は小さ
く、しきい値変化はない。非選択(または“0”書込
み)のビット線BL2 側のメモリセルM5 〜M7 では、
制御ゲートが中間電位VM 、チャネル電位がVccであ
り、その電位差は3〜4Vであって、やはりしきい値変
化はない。ビット線BL2 側のメモリセルM8 も同様に
書込みモードであるが、やはりその電界は小さく、しき
い値変化はない。
Another memory cell M connected to the bit line BL1
In 1 to M3, the write mode is set, but the electric field is small and there is no threshold change. In the memory cells M5 to M7 on the non-selected (or "0" write) bit line BL2 side,
The control gate has an intermediate potential VM, the channel potential is Vcc, the potential difference is 3 to 4V, and there is no threshold change. Similarly, the memory cell M8 on the side of the bit line BL2 is also in the write mode, but its electric field is small and the threshold value does not change.

【0030】この様にしてセルAに対する書込みが終了
すると、次にNANDセル内の一つ上のメモリセルM3
に対して同様に書込みが行われ、順次メモリセルM2 ,
M1と書込みがなされる。
When the writing to the cell A is completed in this way, the memory cell M3 one above in the NAND cell is next.
Are similarly written to the memory cells M2,
Writing is done with M1.

【0031】以上の書込み動作において、メモリセルの
制御ゲートには高電位Vppと中間電位VM が印加される
が、流れる電流はトンネル電流のみであるので、たかだ
か1μA以下である。また一括消去時はn型基板とp型
ウェルを高電位Vpp′に上げるが、このとき流れる電流
は、トンネル電流と、0Vに保たれる周辺回路のp型ウ
ェルとn型基板間のリーク電流であり、これも10μA
以下である。したがって書込みおよび消去に用いられる
高電位VppおよびVpp′(これらは同じ値でも良い)
は、チップ内部に設けられた昇圧回路で十分賄うことが
できる。
In the above write operation, the high potential Vpp and the intermediate potential VM are applied to the control gate of the memory cell, but since the flowing current is only the tunnel current, it is at most 1 μA. At the time of batch erasing, the n-type substrate and the p-type well are raised to the high potential Vpp '. The current flowing at this time is the tunnel current and the leak current between the p-type well and the n-type substrate of the peripheral circuit kept at 0V. And this is also 10 μA
It is below. Therefore, the high potentials Vpp and Vpp 'used for writing and erasing (these may have the same value).
Can be sufficiently covered by a booster circuit provided inside the chip.

【0032】また選択書込み時に高電位により流れる電
流は上述のように微小であるから、一つの制御ゲート線
(ワード線)につながる全てのメモリセルに同時にデー
タ書込みが可能である。即ち、ページモードの書込みが
でき、それだけ高速書込みが可能である。
Further, since the current flowing due to the high potential at the time of selective writing is minute as described above, it is possible to simultaneously write data to all the memory cells connected to one control gate line (word line). That is, page mode writing can be performed, and high speed writing can be performed accordingly.

【0033】データ読出し動作は、図4のセルAについ
て説明すれば、選択ゲートのゲート電極SG1 ,SG2
にVccが与えられ、非選択メモリセルM1 〜M3 の制御
ゲートCG1 〜CG3 には“1”状態のメモリセルがオ
ンする程度の電位としてやはりVccがあたえられ、選択
セルの制御ゲートCG4 は0Vとされる。そして選択セ
ルにつながるビット線BL1 には1〜5Vの読出し電位
があたえられ、他の非選択ビット線BL2 は0Vとされ
る。これにより、ビット線BL1 に電流が流れるか否か
によって、データ“0”,“1”の判別がなされる。
The data read operation will be described with reference to the cell A of FIG. 4. The gate electrodes SG1 and SG2 of the select gates will be described.
To the control gates CG1 to CG3 of the unselected memory cells M1 to M3, Vcc is also given as a potential for turning on the memory cells in the "1" state, and the control gate CG4 of the selected cell is set to 0V. To be done. Then, a read potential of 1 to 5V is given to the bit line BL1 connected to the selected cell, and the other non-selected bit line BL2 is set to 0V. As a result, data "0" or "1" is discriminated depending on whether or not a current flows through the bit line BL1.

【0034】以上のようにこの実施例では、共通ソース
拡散層がNANDセル内のソース,ドレイン拡散層と共
に低ドーズ量のイオン注入によるn型拡散層により構成
されており、したがってソース側の第2の選択ゲートの
ゲート腸を短くすることができ、EEPROMの高集積
化が図られる。
As described above, in this embodiment, the common source diffusion layer is composed of the source and drain diffusion layers in the NAND cell and the n-type diffusion layer formed by low-dose ion implantation. The gate intestine of the selection gate can be shortened, and the EEPROM can be highly integrated.

【0035】図5は、本発明の第2の実施例のNAND
セル型EEPROMの平面図を、図1に対応させて示し
ている。この実施例では、共通ソース拡散層部分が、N
ANDセル内のソース,ドレイン拡散層と同時に形成さ
れた低濃度のn型拡散層9と、これに重ねて形成された
高濃度のn+ 型拡散層10により構成されている。n+
型拡散層10は、ソース側の第2の選択ゲートの端から
所定距離離れて形成されている。その他は先の実施例と
同じである。
FIG. 5 shows a NAND according to the second embodiment of the present invention.
A plan view of the cell type EEPROM is shown in correspondence with FIG. In this embodiment, the common source diffusion layer portion is N
A low-concentration n-type diffusion layer 9 formed at the same time as the source / drain diffusion layers in the AND cell, and a high-concentration n + layer formed on the diffusion layer 9. The mold diffusion layer 10 is used. n +
The type diffusion layer 10 is formed at a predetermined distance from the end of the source-side second select gate. Others are the same as in the previous embodiment.

【0036】この実施例によると、共通ソース拡散層は
十分低抵抗になる。しかも高濃度のn+ 型拡散層10は
選択ゲート端から離れて形成されているから、選択ゲー
ト下への不純物しみ出しは防止される。したがって選択
ゲートのゲート長は十分小さいものとすることが可能で
ある。
According to this embodiment, the common source diffusion layer has a sufficiently low resistance. Moreover, high concentration of n + Since the type diffusion layer 10 is formed away from the end of the select gate, the exudation of impurities under the select gate is prevented. Therefore, the gate length of the select gate can be made sufficiently small.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、N
ANDセルの共通ソース拡散層の濃度を、NANDセル
内のソース,ドレイン拡散層の濃度と同じに低くするこ
とによって、ソース側選択ゲートのゲート長を短くする
ことができ、もってEEPROMの高集積化を図ること
ができる。
As described above, according to the present invention, N
By making the concentration of the common source diffusion layer of the AND cell as low as the concentration of the source / drain diffusion layer in the NAND cell, the gate length of the source side select gate can be shortened, and thus the high integration of the EEPROM can be achieved. Can be planned.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るEEPROMのNAN
Dセルの平面図。
FIG. 1 is an EEPROM NAN according to an embodiment of the present invention.
The top view of D cell.

【図2】図1のNANDセルのA−A′およびB−B′
断面図。
2 is an AA 'and a BB' of the NAND cell of FIG.
Sectional view.

【図3】同NANDセルの等価回路図。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the NAND cell.

【図4】隣接する二つのNANDセル部の等価回路図。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of two adjacent NAND cell units.

【図5】本発明の第2の実施例に係るEEPROMのN
ANDセルの平面図。
FIG. 5 is an N diagram of an EEPROM according to a second embodiment of the present invention.
The top view of an AND cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型シリコン基板、 1′…p型ウェル、 2…素子分離絶縁膜、 3…ゲート絶縁膜、 4(41 〜44 )…浮遊ゲート、 5…層間絶縁膜、 6(61 〜64 )…制御ゲート、 45 ,46 …選択ゲート電極、 7…CVD絶縁膜、 8…ビット線、 9…n型拡散層(ソース,ドレイン,共通ソース)、 10…n+ 型拡散層、 M1 〜M4 …メモリセル、 S1 ,S2 …選択ゲート。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... N-type silicon substrate, 1 '... P-type well, 2 ... Element isolation insulating film, 3 ... Gate insulating film, 4 (41-44) ... Floating gate, 5 ... Interlayer insulating film, 6 (61-64) ... Control gate, 45, 46 ... Select gate electrode, 7 ... CVD insulating film, 8 ... Bit line, 9 ... N-type diffusion layer (source, drain, common source), 10 ... N + Type diffusion layer, M1 to M4 ... Memory cell, S1, S2 ... Select gate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有留 誠一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 遠藤 哲郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Seiichi Aridome 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside the Toshiba Research Institute, Inc. (72) Inventor Tetsuro Endo Komukai-Toshiba, Kawasaki-shi, Kanagawa Town No. 1 Incorporated company Toshiba Research Institute

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上にゲート絶縁膜を介して浮遊
ゲートと制御ゲートが積層され、これら積層ゲートの両
側にソース,ドレイン拡散層が形成された電気的書き替
え可能なメモリセルが、ソース,ドレイン拡散層を隣接
するもの同士で共用する形で複数個直列接続されて構成
されたNANDセルがマトリクス配列され、NANDセ
ルの一端側ドレインがビット線に接続され、他端側のソ
ースが共通ソース拡散層に接続され、各メモリセルの制
御ゲートがワード線に接続されて構成された不揮発性半
導体記憶装置において、前記NANDセル内の各メモリ
セルのソース,ドレイン拡散層と前記共通ソース拡散層
とが、同一イオン種による同じドーズ量1×1015/cm
2 以下のイオン注入層により構成されていることを特徴
とする不揮発性半導体記憶装置。
1. An electrically rewritable memory cell in which a floating gate and a control gate are stacked on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and source and drain diffusion layers are formed on both sides of these stacked gates. , NAND cells configured by connecting a plurality of drain diffusion layers in series so as to be shared by adjacent ones are arranged in a matrix, the drains on one end side of the NAND cells are connected to bit lines, and the source on the other end side is common. In a non-volatile semiconductor memory device connected to a source diffusion layer and having a control gate of each memory cell connected to a word line, a source / drain diffusion layer of each memory cell in the NAND cell and the common source diffusion layer Is the same dose with the same ion species 1 × 10 15 / cm
2 A nonvolatile semiconductor memory device comprising the following ion-implanted layer.
【請求項2】半導体基板上にゲート絶縁膜を介して浮遊
ゲートと制御ゲートが積層され、これら積層ゲートの両
側にソース,ドレイン拡散層が形成された電気的書き替
え可能なメモリセルが、ソース,ドレイン拡散層を隣接
するもの同士で共用する形で複数個直列接続されて構成
されたNANDセルがマトリクス配列され、NANDセ
ルの一端側ドレインが第1の選択ゲートを介してビット
線に接続され、他端側のソースが第2の選択ゲートを介
してソース線となる共通ソース拡散層に接続され、各メ
モリセルの制御ゲートがワード線に接続されて構成され
た不揮発性半導体記憶装置において、前記共通ソース拡
散層は、前記NANDセルおよび第1,第2の選択ゲー
トのソース,ドレイン拡散層と同時に形成された第1の
拡散層と、この第1の拡散層に前記第2の選択ゲート端
から所定距離離れた状態で重ねて形成された高濃度の第
2の拡散層とから構成されていることを特徴とする不揮
発性半導体記憶装置。
2. An electrically rewritable memory cell in which a floating gate and a control gate are stacked on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and source and drain diffusion layers are formed on both sides of these stacked gates. , A plurality of NAND cells are connected in series so that adjacent drain diffusion layers are shared by adjacent ones, and the drains on one end side of the NAND cells are connected to a bit line through a first select gate. , A source on the other end side is connected to a common source diffusion layer serving as a source line via a second select gate, and a control gate of each memory cell is connected to a word line, The common source diffusion layer includes a first diffusion layer formed at the same time as the source and drain diffusion layers of the NAND cell and the first and second selection gates, and Nonvolatile semiconductor memory device characterized in that it is composed of a high concentration formed by overlapping a predetermined distance apart state second diffusion layer from said second selecting gate edge to the diffusion layer of the.
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